CN103339022B - 车体结构 - Google Patents

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Abstract

一种车体结构，其中，使用纤维强化复合材料构造通过使上车体和下车体接合而形成的车体的一部分或者全部。金属件插入到上车体内，并且金属件插入到下车体内，通过将这些金属件紧固在一起，形成接合部，并且两个以上的功能部件装接于该接合部。

Description

车体结构
技术领域
本发明涉及一种由纤维强化复合材料构成的车体结构。
背景技术
近年来，为了降低车体的重量，已知其中车体的某些部分或者大部分由合成树脂和纤维强化复合材料构成的车体结构。例如，在专利文献1中，公开了一种将车体划分为上车体和下车体的结构、上车体的车架由合成树脂形成为封闭截面形状，并且设置穿过封闭截面的车架的内部延伸的增强框架，以使车架与下车体相连。为了简化小型车辆的车体结构，专利文献2公开了一种结构，其中，车体由上车体、下车体、前罩和后保险杠构成，并且前罩装接于将上车体连接到下车体的前侧连接部。专利文献3公开了由非金属高强度材料形成的前玻璃框架和客舱的壁结构部经由凸缘接合的结构。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-1-103586
专利文献2：JP-A-9-309457
专利文献3：日本专利No.4478409
发明内容
技术问题
为了显著降低车体结构的重量，车体的大部分需要由纤维强化复合材料构成。为了有效地制造车体，模制上面描述的由车体分割成的至少两个部分并且将模制部分接合在一起是有效的。然而，诸如悬架和车门的功能部件需要装接于车体上。功能部件由于其重量和行驶中的加速度而对车体施加大的负荷（出现应力集中）。通常，优选地，不直接将施加大的负荷（发生应力集中）的部件紧固到纤维强化复合材料。作为对策的实例，需要将插板插入到每个部件的每个装接部内，但是这导致重量增加。
解决问题的方案
为了解决上述问题，发明人进行了大量的研究并且得到了本发明。本发明的主旨如下：
（1）一种车体结构，一种车体结构，其中，包括接合在一起的上车体和下车体的车体全部或者部分地由纤维强化复合材料构成，
其中，金属件插入所述相应的上车体和下车体中，所述金属件互相紧固，以形成接合部，并且
其中，至少两个功能部件装接于所述接合部。
（2）根据（1）所述的车体结构，其中，从包括悬架、车门、前罩、转向支撑和可压扁结构的组中选择所述功能部件。
（3）根据（1）或者（2）所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料的基体是热塑性树脂。
（4）根据（1）至（3）中的任何一项所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料包括作为强化纤维的碳纤维。
（5）根据（3）或者（4）所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料是其中强化纤维堆叠以形成为无序毡并且用所述热塑性树脂浸渍的材料。
本发明的有益效果
根据本发明，能够减少上车体、下车体和功能部件的接合所需的金属件的数量，并从而能够实现车体重量的降低。并且，在使金属件互相紧固时，能够以集中方式设定接合所需的金属件，使得能够提高接合的可靠性。
附图说明
图1是包括根据本发明的车体结构的实施例的乘用车的透视图。
图2是图1的乘用车的车体结构的分解透视图，示出了上车体、下车体、相应的功能部件和金属接合件。
图3是包括基于本发明的车体结构的乘用车的前视图。
图4是沿着图3的线A-A截取的截面图。
图5是沿着图3的线B-B截取的截面图。
图6是沿着图1的线C-C截取的截面图。
图7是图6的放大图D。
图8是包括根据本发明的车体结构的实施例的乘用车的透视图，转向支撑和悬架装接到该乘用车作为功能部件。
图9是图8的乘用车的车体结构的分解透视图，示出了上车体、下车体、相应的功能部件和金属接合件。
参考标记列表
1、1’ 乘用车
2 上车体
3 下车体
3S 转向支撑
4 可压扁结构
4W 焊接面
5 前罩
6 悬架
7 前上车体金属接合件
7r 后上车体金属接合件
8 前下车体金属接合件
8r 后下车体金属接合件
21 柱内芯
22 柱外壳
23 侧梁外壳
23f 侧梁外壳凸缘
24 侧梁内芯
24f 侧梁内凸缘
25 横梁
26 上部地板
71 上车体金属接合内芯
72 上车体金属接合外壳
81 下车体金属接合强化单元
82 下车体悬架金属接合件
91 车轮
100、102、103 螺栓
101 螺母
具体实施方式
本发明涉及一种车体结构，在其中，包括接合在一起的上车体和下车体的车体全部或者部分地由纤维强化复合材料构成，金属件插入相应的上车体和下车体中，所述金属件互相紧固，以形成接合部，并且至少两个功能部件装接于所述接合部。
在下文中，将参考附图和特定实施例来依次描述本发明实施例。然而，本发明并不局限于此。
图1示出乘用车1的车体（车身）。车体包括：上车体2和下车体3；作为功能部件的前罩5、可压扁结构4、和悬架6；以及作为金属件的前上车体金属接合件7、后上车体金属接合件7r、前下车体金属接合件8、和后下车体金属接合件8r。上车体2和下车体3由不是金属而是高强度材料的碳纤维强化复合材料（也称为碳纤维强化塑料（CFRP））形成，并且上车体2和下车体3的每一个都分别包括作为要接合的金属件的金属接合件。并且，下车体3包括作为功能部件的地板和侧梁。
此外，关于图1，更具体地，本发明中的‘接合部’是指前上车体金属接合件7和前下车体金属接合件8在车体的左部和右部的每一个中互相组合的部。如图1所示，接合部位于车体的前部，但是接合件可以位于车体的后部。换句话说，在根据本发明的车体结构中，至少两个功能部件装接于在车体的前部、后部、左部和右部中的至少一个中的接合部。如图1所示，车体结构的说明性实施例是至少两个功能部件在车体的前部分别装接于左部和右部的每一个中的接合部的实施例，并且是至少两个功能部件在车体的后部分别装接于左部和右部的每一个中的接合件的实施例。
图2是图1的乘用车1的分解透视图，示出了上车体2和下车体3；作为功能部件的可压扁结构4、前罩5和悬架6；以及作为金属件的前上车体金属接合件7、后上车体金属接合件7r、前下车体金属接合件8和后下车体金属接合件8r。
图3是乘用车1的前视图。
如图4和5中所示，上车体金属接合内芯71粘接到作为上车体2的一部分的柱内芯21，并且上车体金属接合内芯71和上车体金属接合外壳72牢固粘接到柱外壳22。上车体金属接合内芯71和上车体金属接合外壳72通过螺栓100和102、螺母101等与前下车体金属接合件8机械连接，并且上车体和下车体能够互相分离。此外，侧梁外凸缘23f和侧梁内凸缘24f从作为下车体的部分的侧梁外壳23和侧梁内芯24设置于前下车体金属接合件8，并且将凸缘牢固粘接到前下车体金属接合件8。
图4示出用于固定与车轮91连结的悬架6的下车体悬架金属接合件82。通过粘接或者利用螺栓、螺母、铆钉、螺丝等的机械连接，下车体悬架金属接合件82与前下车体金属接合件8牢固连接在一起。
在图6和7中，在焊接面4w上，可压扁结构4焊接到前下车体金属接合件8，并且前罩5使用螺栓103等与前下车体金属接合件8机械连接。
图8是包括根据本发明的车体结构的实施例的乘用车的透视图，转向支撑和悬架装接到该乘用车作为功能部件。图9是图8的乘用车1’的分解透视图，示出了上车体2和下车体3；作为功能部件的悬架6和转向支撑3S；以及作为金属件的前上车体金属接合件7、后上车体金属接合件7r、前下车体金属接合件8、和后下车体金属接合件8r。
在下文中，将描述构成本发明的每个要素。
[纤维强化复合材料]
根据本发明的车体结构，包括接合的上车体和下车体的车体整体地或者部分地由纤维强化复合材料构成。在此，‘车体整体地由纤维强化复合材料构成’意味着基本上构成车辆的诸如车架的车体结构的整个部分由纤维强化复合材料构成，并且不意味着车体结构根本不包括诸如螺栓、螺母、铆钉和螺丝的金属部件。并且，“车体部分地由纤维强化复合材料构成”意味着上车体和下车体之一或者二者的一部分可以由纤维强化复合材料构成。
纤维强化复合材料是强化纤维要添加到的诸如树脂的基体。在根据本发明的车体结构中，能够使用公知的纤维强化复合材料。例如，能够使用利用仅树脂部与纤维强化复合材料的一部分组合的层叠体，或者具有夹层结构的纤维强化复合材料。在使用夹层结构的情况下，芯层件可以是纤维强化复合材料，而表层件可以是树脂，或者，相反地，芯层件可以是仅树脂部，并且芯层件可以是纤维强化复合材料。
并且，优选地，用在根据本发明的车体结构的纤维强化复合材料是强化纤维，该强化纤维堆叠以形成为无序毡并且用热塑性树脂浸渍。
当然，用在根据本发明的车体结构的上车体、下车体、上车体和下车体的每个部分中的纤维强化复合材料可以是相同类型，也可以是不同类型。
根据本发明的纤维强化复合材料的基体可以是树脂，但是优选热塑性树脂，因为其良好的模压加工性、生产性和可加工性。并且，在车体中通过使用热塑性树脂作为基体，当在两轴的中部在轴向拉伸热塑性树脂时，断裂应变可能升高大约20%。热塑性树脂的优选实例包括从包括：氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、醋酸乙烯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈树脂（AS树脂）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯树脂（ABS树脂）、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂、聚酰胺610树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对笨二甲酸丁二酯树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂以及包括这些树脂中的两种的复合物的组中选择的至少一种树脂。在这些树脂中，更优选地是从包括：氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺66树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对笨二甲酸丁二酯树脂、聚芳酯树脂、以及包括这些树脂中的两种的复合物的组中选择的至少一种树脂。
用在根据本发明的车体结构中的纤维强化复合材料的强化纤维的实例可以包括从包括：玻璃纤维、碳纤维、聚芳基酰胺纤维、硼纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、高密度聚乙烯纤维、聚苯并恶唑（PBO）纤维、以及含有两种这些纤维的基体的组中选择的至少一个。特别地，优选碳纤维，因为碳纤维的重量轻并且具有良好的强度。作为碳纤维，能够使用碳纤维束在一个方向对齐的公知的碳纤维，即，优选形成为所谓单向材料的碳纤维和堆叠以形成为无序毡的碳纤维。
用在本发明中的纤维强化复合材料可以包括除了上述基体（树脂）和强化纤维之外的成分（非纤维填料，诸如抗氧化剂的各种添加剂等），只要该成分不妨碍本发明的目的。
[金属件]
在本发明的车体结构中，能够使用公知的金属件作为分别插入上车体和下车体的接合部内并且在接合部互相紧固的金属件。其代表性实例能够包括从包括图中所示的金属接合件、金属接合内芯和金属接合外壳的组中选择的至少一种金属件。
[功能部件]
在本发明的车体结构中，与车辆结构和车辆控制有关的各种功能部件能够用作至少两种装接于紧固有金属件的接合部的功能部件。特别地，优选从包括悬架、车门、前罩、转向支撑和可压扁结构的组中选择的至少两个功能部件。此外，本发明的车体结构的方面包括其中至少两个功能部件装接于接合部，并且上面列出的功能部件中的任意一个都装接于接合部之外的部分的方面。

Claims (7)

1.一种车体结构，其中，包括接合在一起的上车体和下车体的车体全部或者部分地由纤维强化复合材料构成，
其中，金属件插入所述上车体和所述下车体的每一个中的至少两个部位中，并且所述上车体和所述下车体通过两个以上接合部而接合，插入所述上车体中的所述金属件与插入所述下车体中的所述金属件在所述接合部中互相紧固，
此外其中，至少两个选自由悬架、车门、前罩、转向支撑和可压扁结构组成的组中的功能部件装接于所述接合部。
2.根据权利要求1所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料的基体是热塑性树脂。
3.根据权利要求1所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料包括作为强化纤维的碳纤维。
4.根据权利要求1所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料的基体是热塑性树脂，并且所述纤维强化复合材料包括作为强化纤维的碳纤维。
5.根据权利要求2所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料是其中强化纤维被堆叠以形成为无序毡并且用所述热塑性树脂浸渍的材料。
6.根据权利要求3所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料是其中强化纤维被堆叠以形成为无序毡并且用热塑性树脂浸渍的材料。
7.根据权利要求4所述的车体结构，其中，所述纤维强化复合材料是其中强化纤维被堆叠以形成为无序毡并且用所述热塑性树脂浸渍的材料。
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